中國古代鑄鐵技術

中國古代鑄鐵技術

正文

中國早在春秋時期已發明鑄鐵技術。現代所知的早期鑄鐵器件如江蘇六合鐵丸、湖南長沙鐵臿、鐵鼎等，其年代都在公元前6世紀左右,這與《左轉》昭公二十九年(公元前 513)"賦晉國一鼓鐵以鑄刑鼎"的記載是相符合的。
商周時期高度發展的青銅冶鑄業，從生產能力到礦石燃料整備、築爐、制范技術，為鑄鐵技術的發明和迅速發展提供了前提。最初的鑄鐵件，形制與同類青銅鑄件相近。鐵礦石由豎爐熔煉，得到鐵水後直接用陶范鑄造。早期的鑄鐵都是高碳低矽的白口鐵，性脆硬，易斷裂。為使鑄鐵能製作生產工具，戰國前期發明了韌性鑄鐵，通過脫碳熱處理和石墨化熱處理，分別獲得脫碳不完全的白心韌性鑄鐵和黑心韌性鑄鐵（圖1）。戰國中期以後，鑄鐵器逐步取代銅、木、石、蚌器，成為主要的生產工具，出土實物有犁鏵、、鏟、臿、鐮、鋤、斧、錛、鑿等。

中國古代鑄鐵技術

對鐵器的大量需求，促成了鐵范（鑄鐵金屬型）的發明。1953年河北興隆燕國冶鑄遺址出土的鐵范，曾用來鑄造鐵斧、鋤、鐮和車具。這些鐵范結構合理，壁厚均勻，形狀和鑄件輪廓相一致，並已使用鐵芯。有的范能一次鑄兩件器物(如雙鐮范,圖2)，表明鑄鐵技術在這個時期已達到較高的水平。

中國古代鑄鐵技術

秦漢時期，冶鐵業有一個很大的發展。漢武帝實行鹽鐵官營，在全國設立49處鐵官，促進了鑄鐵技術的推廣和進步。漢代已有爐膛容積達40～50立方米的煉鐵爐，使用人力、畜力和水力鼓風。南陽瓦房莊冶鐵遺址有專設的鑄鐵工區和高約 2米的化鐵爐。鐵范的套用在漢代更為普遍，除直接用來鑄造各種生產工具和構件外，後來還用以鑄造成形鐵板，再通過脫碳熱處理得到鋼質板材，用以鍛打成形器件。
鑄鐵熱處理技術在此期間有明顯的進步。由於鑄鐵都用木炭熔煉，碳含量大都在共晶點附近，而其他元素含量較低，屬於較純的鐵碳合金。不少器件用鐵范鑄造，壁厚一般在3～5毫米，屬於薄壁鑄件。在實踐中，已採用了較為合理的熱處理規範，因而所得韌性鑄鐵件質量較好。白心韌性鑄鐵件多數處理完全，很少殘留滲碳體和析出石墨。黑心韌性鑄鐵件多數以鐵素體和珠光體為基體，一部分以鐵素體或珠光體為基體，石墨形狀與現代同類材質相近。特別是西漢後期已出現具有球狀石墨的高強度鑄鐵，如鞏縣鐵生溝出土的鐵,在鐵素體-珠光體基體上均勻分布著典型的圓度較好的球狀石墨，偏光下呈放射性狀(圖3)，經用熱氧腐蝕、石墨高溫分解、掃描電鏡等多種手段檢測，證實與現代球墨鑄鐵中的石墨球相似，被認為是鑄後經退火形成的。這些工藝在南北朝時期仍被使用，對封建社會前期生產力的發展起了重要作用。同時，生鐵冶鑄作為中國古代冶鐵業的技術基礎，對鋼鐵冶煉的發展有深遠的影響。

中國古代鑄鐵技術

鑄鐵在封建社會後期仍廣泛用作農具(如犁和犁鏡)、煮鹽用的牢盆、鐵炮和藝術鑄件等。公元10世紀已能鑄造重達50噸的特大型鐵鑄件（如河北滄州鐵獅子）。五代以後，鐵建築物增加，如有湖北當陽的北宋鐵塔。唐宋時期南方冶鐵生產發展迅速，湖北、湖南、廣東、福建等地的鐵都以質地良好著稱。廣東佛山成為著名的冶鑄中心，所產鐵鍋遠銷東南亞。泥型鑄造、鑄鍋等傳統鑄鐵工藝於近代仍被使用，在生產中起了一定作用。
參考書目
　華覺明:"中國古代鋼鐵技術的特色及其形成",《科技史文集》第3輯，上海科學技術出版社，1981。

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